CN113097813A - 一种用于风力发电机的光耦合非接触式通信滑环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信滑环技术领域，一种用于风力发电机的光耦合非接触式通信滑环包括：滑环定子，其具有第一光通信装置；以及滑环转子，其被配置为能够相对于滑环定子旋转，所述滑环转子具有第二光通信装置，其中第一光通信装置和第二光通信装置被配置为能够在彼此不接触的情况下彼此无线地通信。本发明采用非接触式的技术方案，解决了接触式滑环存在的触点不良的问题，光耦合相较其它耦合方式成本低，并且在部分耦合器件故障时仍可以正常工作，具有高可靠性。

Description

一种用于风力发电机的光耦合非接触式通信滑环
技术领域
本发明总的来说涉及通信滑环技术领域。具体而言，本发明涉及一种用于风力发电机的光耦合非接触式通信滑环，可以用于风力发电机、工业控制通信等场合。
背景技术
现有技术中，风力发电机的机舱和轮毂间通信一般采用接触式滑环传递安全链信号和总线通信信号。然而，在风机工作时，由于振动会导致滑环的刷丝翘曲，并且达到一定工作年限后刷丝和滑道会氧化。这两个因素会导致刷丝和滑道间接触不良，引起机舱和轮毂间通信故障，从而导致故障停机。
目前市场上开始采用非接触式滑环来解决这一问题，常用的非接触式滑环采用光纤耦合、电容耦合、磁场耦合以及电磁耦合等技术方案，适用不同的通信频率。然而，这些耦合方式运用到风机轮毂通信上存在设计复杂、成本昂贵的问题。
市场上目前也有一些采用光耦合方式的通讯旋转接头，然而其存在设计缺陷，部分耦合器件污损时会导致通讯失效。
发明内容
为了至少部分地解决现有技术中接触式滑环存在触点不良、其它耦合方式的非接触式滑环成本过高、以及光耦合方式的通讯旋转接头部分耦合器件故障就会导致通信失效这些问题，本发明提出一种用于风力发电机的光耦合非接触式通信滑环，包括：
滑环定子，其具有第一光通信装置，所述第一光通信装置包括：
多个第一发光二极管，所述多个第一发光二极管延滑环定子的圆周布置并且被布置为与滑环转子处的多个第二光敏二极管对准，其中所述多个第一发光二极管被配置为将滑环定子侧的第一电信号转换成适于由多个第二光敏二极管接收的光信号；以及
多个第一光敏二极管，所述多个第一光敏二极管在滑环定子上被布置为与滑环转子处的多个第二发光二极管对准并且被配置为将从多个第二发光二极管接收的光信号转换成电信号；
滑环转子，其被配置为能够相对于滑环定子旋转，所述滑环转子具有第二光通信装置，所述第二光通信装置包括：
多个第二发光二极管，所述多个第二发光二极管延滑环转子的圆周布置并且与多个第一光敏二极管相对，其中所述多个第二发光二极管被配置为将滑环转子侧的第二电信号转换成适于由多个第一光敏二极管接收的光信号；以及
多个第二光敏二极管，所述多个第二光敏二极管在滑环转子上被布置为与滑环定子处的多个第一发光二极管对准并且被配置为将从多个第一发光二极管接收的光信号转换成电信号。
在本发明一个实施例中规定，第一光通信装置和第二光通信装置还分别包括：
发光二极管驱动器，其被配置为将电信号转换成适于使发光二极管发射相应光信号的电信号；
信号处理模块，其被配置为对所接收的电信号进行信号处理；以及信号收发接口，其被配置为接收和发出电信号。
在本发明一个实施例中规定，所述发光二极管驱动器包括：
多个发光二极管驱动器，其分别被配置为驱动单个发光二极管；或者
多个发光二极管驱动器，其分别被配置为驱动多个发光二极管。
在本发明一个实施例中规定，多个第一发光二极管和/或多个第二发光二极管均匀布置在滑环定子或滑环转子的圆周上；
其中，由同一发光二极管驱动器驱动的多个第一发光二极管和/或多个第二发光二极管以连续的方式或者以等分圆周的方式布置在滑环定子或滑环转子的圆周上。
在本发明一个实施例中规定，所述多个第一光敏二极管和/或所述多个第二光敏二极管以彼此间隔相等距离的方式布置在滑环定子或滑环转子的圆周上。
本发明还提出一种风力发电机，其具有本发明各实施例中所述的用于风力发电机的光耦合非接触式通信滑环。
本发明至少具有如下有益效果：采用非接触式的技术方案，解决了接触式滑环存在的触点不良的问题，光耦合相较其它耦合方式成本低，并且在部分耦合器件故障时仍可以正常工作，具有高可靠性。
附图说明
为进一步阐明本发明的各实施例中具有的及其它的优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出了本发明的所应用于的风力发电机的示意图。
图2示出了本发明一个实施例中用于风力发电机的光耦合非接触式通信滑环的结构示意图。
图3示出了本发明一个实施例中上光通信装置上发光二极管和光敏二极管的布置示意图。
图4示出了本发明一个实施例中光通信装置上发光二极管驱动器、信号处理模块和信号收发接口的布置示意图。
图5示出了本发明一个实施例中光通信装置上发光二极管组的布置示意图。
图6示出了本发明一个实施例中用于风力发电机的光耦合非接触式通信滑环的信号传输的过程示意图。
具体实施方式
应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。
在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。
在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。
另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。
下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。
图1示出了本发明的所应用于的风力发电机100的示意图。图1所示风力发电机100包括塔架101、可旋转地连接到塔架101并且支承轮毂103的机舱102。在轮毂103上布置有两个或更多个叶片104，其中叶片104在风力作用下带动布置在轮毂108中的转子(未示出)绕轴线(未示出)旋转，其中发电机的转子相对于定子的旋转将生成电能。
如图2所示，用于风力发电机的光耦合非接触式通信滑环包括滑环定子1和滑环转子2。
如图3，图4所示，滑环定子1包括第一光通信装置11，第一光通信装置11包括：
发光二极管111(a、b、c...)；
光敏二极管112(a、b、c...)；
发光二极管驱动器113(a、b、c...)；
信号处理模块114(a、b、c...)；以及
信号收发接口115。
滑环转子2包括第二光通信装置21，第二光通信装置21包括：
发光二极管211(a、b、c...)；
光敏二极管212(a、b、c...)；
发光二极管驱动器213(a、b、c...)；
信号处理模块214；以及
信号收发接口215。
可以看到，上述第一光通信装置11和第二光通信装置21均配置有多个发光二极管组、光敏二极管和发光二极管驱动器。也就是说，光通信装置的发光器件以及接收器件冗余，在部分器件故障后仍可以正常工作，具有高可靠性。
如图5所示，将以同一发光二极管驱动器驱动的发光二极管分成一组，将上述第一光通信装置11和第二光通信装置21的发光二极管组采取连续的方式或者彼此间隔相等距离的方式布置。例如在图5左侧的示例中，发光二极管组A、B、C、D、E各组中的每一组的发光二极管均沿圆周连续布置，各发光二极管组最终呈现连续分布；以及在图5右侧的实例中发光二极管组A、B、C各组中每一组的发光二极管以彼此间隔相等距离的方式布置，各发光二极管组最终呈现交错分布。
用于风力发电机的光耦合非接触式通信滑环工作时如图6所示，左端为定子侧，右端为转子侧，例如当定子侧通讯总线116上有信号发出时，定子侧信号收发接口115接收信号，定子侧发光二极管驱动113(a、b、c...)接收信号，定子侧发光二极管111(a、b、c...)发光，转子侧光敏二极管212(a、b、c...)受光后产生电信号。所述电信号分别经对应的信号处理模块214放大、整形，并且组合后发送到信号收发接口215。例如光敏二极管212a产生的电信号经214aa放大、经214ab整形，光敏二极管212b产生的电信号经214ba放大、经214bb整形，并且由214aaa组合上述信号。然后将组合后的信号发送至转子侧通讯总线217上。
本发明的滑环的转子和定子通过光耦合进行通信，相对接触式滑环无接触触点，减少了故障发生率和后续维护成本；相对其它耦合方式非接触式滑环(电容耦合、磁场耦合，电磁耦合)，具有结构简单成本低特点；相对其它光耦合方式，发光器件、各接收器件冗余，具有更高的可靠性。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (6)

1.一种用于风力发电机的光耦合非接触式通信滑环，其特征在于，包括：
滑环定子，其具有第一光通信装置，所述第一光通信装置包括：
多个第一发光二极管，所述多个第一发光二极管延滑环定子的圆周布置并且被布置为与滑环转子处的多个第二光敏二极管对准，其中所述多个第一发光二极管被配置为将滑环定子侧的第一电信号转换成适于由多个第二光敏二极管接收的光信号；以及
多个第一光敏二极管，所述多个第一光敏二极管在滑环定子上被布置为与滑环转子处的多个第二发光二极管对准并且被配置为将从多个第二发光二极管接收的光信号转换成电信号；
滑环转子，其被配置为能够相对于滑环定子旋转，所述滑环转子具有第二光通信装置，所述第二光通信装置包括：
多个第二发光二极管，所述多个第二发光二极管延滑环转子的圆周布置并且与多个第一光敏二极管相对，其中所述多个第二发光二极管被配置为将滑环转子侧的第二电信号转换成适于由多个第一光敏二极管接收的光信号；以及
多个第二光敏二极管，所述多个第二光敏二极管在滑环转子上被布置为与滑环定子处的多个第一发光二极管对准并且被配置为将从多个第一发光二极管接收的光信号转换成电信号。
2.根据权利要求1所述的用于风力发电机的光耦合非接触式通信滑环，其特征在于，第一光通信装置和第二光通信装置还分别包括：
发光二极管驱动器，其被配置为将电信号转换成适于使发光二极管发射相应光信号的电信号；
信号处理模块，其被配置为对所接收的电信号进行信号处理；以及
信号收发接口，其被配置为接收和发出电信号。
3.根据权利要求2所述的用于风力发电机的光耦合非接触式通信滑环，其特征在于，所述发光二极管驱动器包括：
多个发光二极管驱动器，其分别被配置为驱动单个发光二极管；或者
多个发光二极管驱动器，其分别被配置为驱动多个发光二极管。
4.根据权利要求3所述的用于风力发电机的光耦合非接触式通信滑环，其特征在于，多个第一发光二极管和/或多个第二发光二极管均匀布置在滑环定子或滑环转子的圆周上；
其中，由同一发光二极管驱动器驱动的多个第一发光二极管和/或多个第二发光二极管以连续的方式或者以等分圆周的方式布置在滑环定子或滑环转子的圆周上。
5.根据权利要求1所述的用于风力发电机的光耦合非接触式通信滑环，其特征在于，所述多个第一光敏二极管和/或所述多个第二光敏二极管以等分圆周的方式布置在滑环定子或滑环转子的圆周上。
6.一种风力发电机，其具有权利要求1至5之一所述的用于风力发电机的光耦合非接触式通信滑环。
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